запорно-регулирующее устройство

Формула изобретения

Запорно-регулирующее устройство, содержащее корпус, седловину, клапан (тарель), прокладку, кронштейн, ось и привод, отличающееся тем, что для автоматического управления его клапан совмещен с гравитационным приводом в виде полого тора, заполненного парами легкокипящей жидкости в насыщенном состоянии, при этом корпус устройства снабжен ограничителем поворота клапана, обеспечивающим положительный угол наклона тора относительно его горизонтальной оси, а также направляющим стержнем с подвижным грузом, позволяющим перемещать центр тяжести клапана относительно оси его поворота, настраивая работу клапана на требуемую температуру.

Описание изобретения к патенту

Изобретение преимущественно относится к области вентиляции и кондиционирования воздуха и предназначено для автоматического поддержания в помещениях и сооружениях температуры воздуха в заданных пределах путем изменения интенсивности их вентиляции.

Для решения указанных задач, как правило, системы вентиляции оснащают запорно-регулирующими устройствами (шаберами; дроссельными, герметическими, обратными, многостворчатыми и другими клапанами) с ручными, электрическими или пневматическими приводами [1].

Запорно-регулирующие устройства с ручным приводом отличаются простотой, высокой надежностью и низкой стоимостью, однако, поскольку температура атмосферного воздуха непрерывно меняется, они требуют постоянного участия человека для их регулирования в процессе эксплуатации вентиляционных систем.

Для устранения этого недостатка современные запорно-регулирующие устройства снабжают электрическими (реже - пневматическими) приводами (исполнительными механизмами) с системой автоматики, управляющей их работой по заданной программе. Такая система автоматики состоит из электронного блока, датчиков температуры, газового состава и скорости потоков воздуха. Электронный блок в свою очередь состоит из субблоков: питания, измерительной части, ЭВМ и усилителя. Выходные его цепи служат для управления исполнительным механизмом, имеющим, как правило, электродвигатель [2].

В отличие от ручных приводов, подобные системы автоматики позволяют управлять запорно-регулирующими устройствами без постоянного участия человека. Вместе с тем они существенно усложняют систему вентиляции и кондиционирования воздуха, повышают их стоимость. Кроме того, электронные системы снижают надежность систем вентиляции, поскольку для безотказной работы упомянутые устройства автоматики сами требуют электрической энергии и строгого соблюдения тепло-влажностного режима в помещениях, где они установлены, что требует дополнительных материальных и финансовых затрат, а также высококвалифицированного обслуживающего персонала.

В связи с изложенным, несмотря на указанные выше преимущества автоматизированных запорно-регулирующих устройств от них часто отказываются. Особенно при создании простейших вентиляционных систем, предпочитая для этих целей клапаны с ручным управлением, например, в животноводческих фермах, теплицах, необогреваемых чердачных помещениях, небольших гаражах и мастерских и т.п., где для вентиляции широко используют дефлекторы различных конструкций [1, стр.217].

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является запорно-регулирующее устройство в виде герметичного клапана с электрическим приводом [1, рис.5.23, стр.200]. Указанный клапан включает корпус, седловину, прокладку, тарель, кронштейн, ось, вал и электрический привод.

Данному устройству присущи недостатки всех промышленно изготовляемых автоматизированных запорно-регулирующих устройств с электрическим приводом: наличие электродвигателя предполагает наличие источника электроэнергии, редуктора, датчиков и электронных блоков для включения и отключения клапана.

Для обеспечения возможности автоматизировать процесс управления вентиляцией без использования электрической энергии предлагается запорно-регулирующее устройство, клапан которого управляется (поворачивается) при помощи сил гравитации.

Указанный технический результат достигается за счет выполнения клапана (тарели) запорно-регулирующего устройства в виде полого тора, заполненного парами легкокипящей жидкости, например углекислоты (CO₂), бутана (C ₄H₁₀), этана (C₂H₆), фреона и т.п.). Количество легкокипящей жидкости принимается из условия, чтобы их пар был в состоянии насыщения при максимальной расчетной температуре.

Чтобы легкокипящая жидкость при понижении температуры не накапливалась равномерно во всем кольце, для этого предусмотрен специальный ограничитель (упор), обеспечивающий уклон кольца в одну сторону (какую - не принципиально) относительно оси поворота, расположенной симметрично полого тора. Настройку срабатывания клапана на заданную температуру осуществляют путем изменения центра его тяжести относительно оси поворота. Для этого тор клапана снабжают специальным грузом, перемещающимся по стержню, установленному перпендикулярно оси поворота клапана.

Устройство работает следующим образом.

При снижении температуры в помещении ниже допустимого уровня пары легкокипящей жидкости конденсируются и под собственным весом стекают в сторону наклона тора клапана. Центр тяжести клапана предлагаемого запорно-регулирующего устройства перемещается в сторону движения жидкости, в результате чего тор, являющийся составной частью клапана, поворачивается вокруг своей оси на 80°-90°, перекрывая движение теплого воздуха через воздуховод.

При повышении температуры воздуха в помещении интенсивность испарения легкокипящей жидкости увеличивается. Эта жидкость, превращаясь в пар, заполняет равномерно все внутреннее пространство тора. В результате центр тяжести клапана перемещается в противоположную сторону уклона тора, и клапан под действием силы гравитации поворачивается вокруг оси, открывая воздуховод для движения по нему нагретого воздуха.

Таким образом, применение исполнительного механизма в виде полого тора, заполненного парами легкокипящей жидкости, позволяет менять центр тяжести клапана при изменении температуры окружающего воздуха. В результате, при неизменном положении оси поворота, клапан за счет гравитационных сил самостоятельно поворачивается, закрывая или открывая движение воздуха по воздуховоду, поддерживая заданную температуру воздуха в помещении. Наладка предлагаемого запорно-регулирующего устройства на заданную температуру осуществляется перемещением специального небольшого груза вдоль стержня, присоединенного к тору перпендикулярно оси поворота клапана. Вес груза примерно должен быть равен весу легкокипящей жидкости, находящейся внутри тора.

Такая конструкция запорно-регулирующего устройства значительно проще, надежнее и дешевле прототипа за счет отказа от электронных устройств автоматики.

Новым в заявляемом устройстве является совмещения устройства клапана с его приводом, в виде полого тора, заполненного парами легкокипящей жидкости в насыщенном состоянии. При этом корпус запорно-регулирующего устройства снабжен ограничителем поворота клапана, обеспечивающим положительный угол наклона тора относительно его горизонтальной оси. Кроме того, клапан устройства снабжен направляющим стержнем с подвижным грузом, позволяющим перемещать центр тяжести клапана относительно оси его поворота, настраивая работу клапана на требуемую температуру.

Количество легкокипящей жидкости определяется удельным весом ее пара в состоянии насыщения, внутренним объемом тора и расчетной температурой, на которую рассчитана работа клапана.

Запорно-регулирующих устройств с таким приводом не выявлено из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Устройство технологично, просто в изготовлении, не требует электрической энергии, пожаробезопасно, особенно при использовании углекислого газа, имеет низкую стоимость и исключительно высокую надежность, по сравнению с известными автоматизированными запорно-регулирующими устройствами. Вывести из строя предлагаемое устройство может только потеря легкокипящей жидкости при сквозной коррозии стенок тора в том случае, если его стенки будут выполнены из обычной стали. А если тор выполнить, например, из нержавеющей стали, то предлагаемый запорно-регулирующий клапан практически будет «вечен».

Заявленное запорно-регулирующее устройство поясняется чертежом, где на фиг.1(а) изображен его вид сбоку, а на фиг.1 (б) - его вид сверху.

Запорно-регулирующее устройство состоит из подвижной части - клапана (тарели) 1, имеющего в своем составе полый тор 2, заполненный, например, фреоном. Для увеличения быстродействия устройства перед заправкой легкокипящей жидкостью внутренний объем тора вакуумируют.

Для изменения центра тяжести клапана и тора относительно оси поворота 3, предусмотрен стержень 4 с подвижным грузом 5 и винтом 6 для фиксации местоположения груза.

Для ограничения угла поворота клапана и тора предусмотрен упор 7.

Запорно-регулирующее устройство посредством корпуса (рамы) 8 крепится к воздуховоду 9, например вытяжному патрубку дефлектора ЦАГИ [1, стр.197].

Запорно-регулирующее устройство перед включением в работу настаивают на заданную температуру срабатывания, за счет ослабления прижимного винта шарнира 6 и перемещения груза 5 вдоль стержня 4. При перемещении груза 5 вправо температура срабатывания запорно-регулирующего устройства понижается; при перемещении влево - повышается. После наладки устройство работает автоматически.

Нормальное положение клапана запорно-регулирующего устройства - открытое. Воздух из вентилируемого помещения через вытяжной патрубок 9 дефлектора под воздействием теплового и ветрового напора выходит в атмосферу. При понижении температуры воздуха в помещении ниже нормы, происходит конденсация паров легкокипящей жидкости в торе 2. Образовавшийся конденсат под собственным весом стекает в левую часть тора 2. Количество и вес легкокипящей жидкости в этой части тора увеличивается, в результате центр тяжести системы относительно оси 3 перемещается влево, что приводит к повороту под действием сил гравитации клапана 1 против часовой стрелки и перекрытию (отключению) вытяжного патрубка 9 дефлектора.

За счет теплоизбытков температура воздуха в помещении начинает повышаться. Легкокипящая жидкость внутри тора 2 испаряется и уже в виде пара распределяется равномерно по всему его объему. В результате вес левой части тора 2 уменьшается, центр тяжести системы перемещается вправо относительно оси 3, что приводит к повороту под действием сил гравитации клапана 1 по часовой стрелке и открытию (включению) вытяжного патрубка 9 дефлектора. При снижении температуры в помещении клапан запорно-регулирующего устройства под действием сил гравитации автоматически снова закрывается. Дальше цикл работы клапана повторяется.

Предложенное запорно-регулирующее устройство может быть легко изготовлено, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «промышленная применимость».

Применение заявленного запорно-регулирующего устройства позволит резко снизить капитальные и эксплуатационные затраты на вентиляцию различных зданий и сооружений.

Источники информации

1. Свистунов В.М., Пушняков Н.К. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Учебник для вузов. - СПб.: Политехника, 2001. - 423 с.

2. Энергосбережение в системах теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха. Справ. пособие / Л.Д.Богуславский. В.И.Ливчак, В.П.Титов и др.; Под ред. Л.Д.Богуславского и В.И.Ливчака. - М.: Стройиздат, 1990. - 624 с.

3. Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 ч. Ч.3. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Кн.2 / Б.В.Баркалов, Н.Н.Павлов, С.С.Амирджанов и др.; Под ред. Н.Н.Павлова и Ю.И.Шиллера - М.: Стройиздат, 1992. - 416 с. (Справочник проектировщика).